[發(fā)明專利]高遷移率量子點場效應(yīng)晶體管及其制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910091632.2
• 申請日: 2009-08-26
• 公開（公告）號: CN101997029A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李越強;劉雯;王曉東;陳燕玲;楊富華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L21/78
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料與器件領(lǐng)域，具體涉及一種高遷移率量子點場效應(yīng)晶體管。

背景技術(shù)

量子點、量子線等具有限制作用的納米結(jié)構(gòu)，是當(dāng)今固體物理和器件工程研究的一個熱點。其中具有零維電子/空穴限制作用的量子點由于其無論在物理還是器件領(lǐng)域均具有重要作用，因而引起了廣泛的關(guān)注。其應(yīng)用前景包括非線性傳輸、改進(jìn)激光器和探測器的性能、實現(xiàn)高密度半導(dǎo)體存儲器等。

目前實現(xiàn)10nm量級、高密度、高均勻性量子點最有前景的制備方法是Stranski-Krastanov(S-K)外延生長模式。在這種方法中，一種材料被沉積在晶格不匹配的襯底之上，當(dāng)外延材料的厚度超過臨界厚度以后，外延材料將通過成島的形式釋放應(yīng)力，而這些島狀結(jié)構(gòu)即量子點。現(xiàn)在由此種方法可實現(xiàn)量子點生長的材料組合主要包括：InAs/InGaAs沉積到GaAs襯底上；InP沉積到InGaP上；InSb/GaSb/AlSb沉積到GaAs襯底上，等。由于此種方法與MBE和MOCVD等外延生長技術(shù)相兼容，因而成為目前在器件中獲取量子點的主流方法。

自從S-K模式生長技術(shù)成熟以來，人們對獲得的量子點充放電以及該過程引起的勢能變化對電輸運性質(zhì)的影響進(jìn)行了廣泛研究，工作主要集中在自組織生長量子點充放電對HEMT器件結(jié)構(gòu)中二維電子氣(2DEG)的影響上，但對二維電子氣層與量子點層相互作用對輸出特性的影響研究很少。然而，二維電子氣與量子點的耦合，尤其是共振隧穿效應(yīng)使得包含量子點的HEMT器件在邏輯、存儲器、光電探測等方面有著重要的潛在應(yīng)用價值。本發(fā)明提出了一種包含量子點層的高電子遷移率晶體管的結(jié)構(gòu)以及制備方法，器件結(jié)構(gòu)簡單，制備工藝簡單有效，該結(jié)構(gòu)可通過二維電子氣與量子點之間的共振隧穿充電來控制HEMT的漏電流，從而獲得負(fù)微分電導(dǎo)現(xiàn)象；進(jìn)而可實現(xiàn)存儲、邏輯等功能，也是一種實現(xiàn)光電集成光探測器的可行方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種高遷移率量子點晶體管設(shè)計和制備方法，其通過二維電子氣與量子點之間的共振隧穿充電從而實現(xiàn)量子點控漏電流。其特點是：1.在GaAs?MESFET有源區(qū)溝道附近生長一層或多層自組織生長InAs量子點；2.量子點層和二維電子氣溝道層通過耦合和隧穿相互作用。量子點類似于浮柵結(jié)構(gòu)，可以通過俘獲或者釋放電子/空穴所引起的勢能改變，影響鄰近溝道層二維電子氣的遷移率和載流子密度。當(dāng)漏、柵之間電壓增大到一定值后，量子點層與溝道中的二維電子氣發(fā)生共振隧穿，量子點通過共振隧穿充電，充電后的量子點引起周圍勢場的變化，對鄰近導(dǎo)電溝道的電流產(chǎn)生顯著影響，從而實現(xiàn)量子點對MESFET溝道電流的控制作用。

本發(fā)明提供一種高遷移率量子點場效應(yīng)晶體管，包括：

一襯底；

一第一應(yīng)力緩沖層，該第一應(yīng)力緩沖層制作在襯底上；

一第二應(yīng)力緩沖層，該第二應(yīng)力緩沖層制作在第一應(yīng)力緩沖層上；

一摻雜層，該摻雜層制作在第二應(yīng)力緩沖層上；

一間隔層，該間隔層制作在摻雜層上；

一溝道層，該溝道層制作在間隔層上；

一下勢壘層，該下勢壘層制作在溝道層上；

一量子點層，該量子點層制作在下勢壘層上；

一上勢壘層，該上勢壘層制作在量子點層上，該上勢壘層上面的中間有一凹形臺面，該凹形臺面的一側(cè)為源區(qū)，另一側(cè)為漏區(qū)；

兩帽層，該兩帽層分別制作在上勢壘層兩側(cè)的源區(qū)和漏區(qū)上；

一第一電極，該第一電極制作在一帽層的上面；

一第二電極，該第二電極制作在另一帽層的上面；

一第三電極，該第三電極制作在上勢壘層上面的凹形臺面上。

其中所述的襯底為(100)面的半絕緣砷化鎵或磷化銦襯底。

其中所述的凹形臺面的寬度為1-5μm。

其中所述的間隔層的厚度為10nm-40nm。

其中所述的下勢壘層的厚度為5nm-20nm。

本發(fā)明一種高遷移率量子點場效應(yīng)晶體管的制作方法，包括如下步驟：

步驟1：采用分子束外延或金屬有機化學(xué)汽相淀積的方法在襯底上依次生長第一應(yīng)力緩沖層、第二應(yīng)力緩沖層、摻雜層、間隔層、溝道層、下勢壘層、量子點層、上勢壘層和帽層；

步驟2：采用濕法腐蝕的方法，在帽層的中間腐蝕出一凹形臺面，腐蝕深度到上勢壘層，該凹形臺面的一側(cè)為源區(qū)，另一側(cè)為漏區(qū)，形成器件結(jié)構(gòu)；

步驟3：將器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離，形成單個器件；

步驟4：在單個器件的源區(qū)上制作第一電極，在漏區(qū)上制作第二電極；

步驟5：退火；

步驟6：在凹形臺面上制作第三電極；